RU184785U1 - Магнитопьезофибер - Google Patents
Магнитопьезофибер Download PDFInfo
- Publication number
- RU184785U1 RU184785U1 RU2018128132U RU2018128132U RU184785U1 RU 184785 U1 RU184785 U1 RU 184785U1 RU 2018128132 U RU2018128132 U RU 2018128132U RU 2018128132 U RU2018128132 U RU 2018128132U RU 184785 U1 RU184785 U1 RU 184785U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibers
- magnetostrictive
- piezoelectric
- piezoelectric fibers
- magnetic field
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 230000005690 magnetoelectric effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 229910001053 Nickel-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910000697 metglas Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использована при разработке таких устройств, как высокочувствительные датчики постоянного магнитного поля, переменного магнитного поля, постоянного тока, переменного тока, преобразователи, гираторы, источники возобновляемой энергии и других устройств. Сущность: магнитопьезофибер состоит из пьезоэлектрических волокон в полимерной матрице, покрытых с двух сторон полиимидной пленкой с встречно-штыревыми электродами и магнитострикционными слоями. Магнитострикционные слои выполнены в виде волокон, которые наносятся с двух сторон пьезоэлектрических волокон в полиимидной пленке поверх встречно-штыревых электродов, покрытых изолирующей пленкой. Ширина и центральные оси магнитострикционных и пьезоэлектрических волокон совпадают. Технический результат: повышение значения магнитоэлектрического эффекта. 2 ил.
Description
Предложенное решение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при разработке таких устройств, как высокочувствительные датчики постоянного магнитного поля, переменного магнитного поля, постоянного электрического тока, переменного электрического тока, преобразователи, гираторы, источники возобновляемой энергии и другие устройства.
Основное применение магнитострикционно-пьезоэлектрических слоистых материалов заключается в построении на основе магнитоэлектрического (МЭ) эффекта устройств радиоэлектроники в широком диапазоне частот.
Известен МЭ эффект в двухфазных композитных материалах, состоящих из магнитострикционной и пьезоэлектрической компонентов, и заключающийся в намагничивании материала при воздействии на него внешнего электрического поля и появлении электрической поляризации при воздействии внешнего магнитного поля. (см. Бичурин М.И., Петров В.М., Филиппов Д.А., Srinivasan G., Nan C.W. Магнитоэлектрические материалы - М.: Академия Естествознания, 2006. - 296 с). Возможность взаимного преобразования полей делает такие материалы перспективными для построения различных устройств функциональной электроники на их основе. Параметры таких устройств зависят от величины МЭ эффекта в материале.
Известны обладающие МЭ эффектом двухфазные композиционные материалы для изготовления компонентов радиоэлектронных приборов, представляющие собой механически связанные между собой слои магнитострикционного материала, например, никель-цинкового феррита, и сегнетоэлектрического материала, например, пьезокерамики на основе твердых растворов системы цирконата-титаната свинца (ЦТС), (см. БичуринМ. И., Петров В. М., Семенов Г. А. Магнитоэлектрический материал для компонентов радиоэлектронных приборов // Патент №2363074 от 27.07.2009).
Известны композиционные пьезоэлектрические волокна (пьезофиберы), представляющие собой параллельные пьезоэлектрические волокна в полимерной матрице, размещенные между двумя гибкими полиимидными подложками со встречно-штыревыми электродами, (см. Bent A. A., Hagood N. W. Piezoelectric fibre composites with interdigitated electrodes. J. Int. Mat. Syst. Struct, 1997, 8, 903-919).
Волокна представляют собой полоски определенного материала толщиной от единиц до десятков микрон и малой шириной по отношению к длине полоски.
Известен трехслойный МЭ композит, состоящий из пьезоэлектрических волокон ЦТС в полимерной матрице (пьезофибер) и двух пластин аморфного сплава FeBSiC (метглас), соединенных между собой с помощью эпоксидного двухкомпонентного клея (см. Соловьев А.Н., Соловьев И.Н. Исследование магнитострикционно-пьезоэлектрической структуры на основе метгласа/пьезофибер в диапазоне частот от 70 Гц до 2000 Гц // Современные тенденции развития науки и технологий: сборник научных трудов по материалам V Международной научно-практической конференции 31 августа 2015 г.: в 4 ч. / Под общ. ред. Е.П. Ткачевой. -Белгород: ИП Ткачева Е.П., 2015. - №5, часть II. - с. 56-60.).
Недостатками известных конструкций двухфазных слоистых композитов являются возбуждение неосновных типов колебаний, низкое значение МЭ эффекта, плохая повторяемость характеристик.
Наиболее близким по техническому решению является принятый за прототип магнитоэлектрический слоистый композит, содержащий склеенные между собой пьезофибер PMN-PT и слои метгласа FeBSi, в котором с помощью лазера сформированы нанокристаллические волокна, (см. Chu Z., Shi FL, Shi W., Liu G., Wu J., Yang J., Dong S. Enhanced Resonance Magnetoelectric Coupling in (1-1) Connectivity Composites Adv. Mater. 2017, 1606022) - прототип.
Недостатком прототипа является малые значения магнитоэлектрического эффекта.
Задачей предложенного решения является повышение величины магнитоэлектрического эффекта.
Для решения данной задачи предложен магнитопьезофибер, состоящий из пьезоэлектрических волокон в полимерной матрице, покрытых с двух сторон защитной полиимидной пленкой со встречно-штыревыми электродами, поверх которых нанесен изолирующий слой и магнитострикционные волокна.
Предлагаемое решение позволяет получить следующий технический результат - повышение величины магнитоэлектрического эффекта.
Для пояснения предполагаемого решения предложены чертежи.
Фиг. 1 Конструкция магнитопьезофибера.
Фиг. 2 Магнитопьезофибер в поперечном разрезе и направления магнитных полей.
Устройство состоит из пьезоэлектрических волокон 1 в полимерной матрице 2, покрытых с двух сторон защитной полиимидной пленкой 3 со встречно-штыревыми электродами 4, поверх которых нанесен изолирующий слой 5 и магнитострикционные волокна 6. При этом ширина и центральные оси магнитострикционных и пьезоэлектрических волокон совпадают.Размещение пьезоэлектрических волокон внутри полимерной матрицы повышает их механическую прочность.
Устройство работает следующим образом.
Предлагаемая конструкция располагается в подмагничивающем поле Н, ориентированном, как показано на фиг. 1, намагничивая магнитострикционные волокна 6 до насыщения. Внешнее переменноемодулирующее магнитное поле h(t) приводит к периодической механической деформации по длине волокон за счет магнитострикции с частотой модуляции. За счет механической связи между магнитострикционными 6 и пьезоэлектрическими 1 волокнами через гибкую полиимидную пленку 3 и тонкий изолирующий слой 5 возникающие механические деформации передаются пьезоэлектрическим волокнам. Возникающие механические деформации пьезоэлектрических волокон за счет пьезоэлектрического эффекта приводят к их поляризации и возникновению разности потенциалов на контактных площадках 7 встречно-штыревых электродов 4. Величина напряжения, регистрируемого на электродах, будет определять величину МЭ эффекта магнитопьезофибера. В случае совпадения частоты модулирующего магнитного поля с собственной резонансной частотой пьезоэлектрических волокон, будет наблюдаться увеличение выходного напряжения, что соответствует резонансному МЭ эффекту в структуре.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить чувствительность магнитоэлектрических датчиков постоянного магнитного поля, переменного магнитного поля, постоянного тока, переменного тока, преобразователей, гираторов, источников возобновляемой энергии, устройств медицинской техники и других устройств.
Claims (1)
- Магнитопьезофибер, состоящий из пьезоэлектрических волокон в полимерной матрице, покрытых с двух сторон полиимидной пленкой с встречно-штыревыми электродами и магнитострикционными слоями, отличающийся тем, что магнитострикционные слои выполняются в виде волокон, которые наносятся с двух сторон пьезоэлектрических волокон в полиимидной пленке поверх встречно-штыревых электродов, покрытых изолирующей пленкой, при этом ширина и центральные оси магнитострикционных и пьезоэлектрических волокон совпадают.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128132U RU184785U1 (ru) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Магнитопьезофибер |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128132U RU184785U1 (ru) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Магнитопьезофибер |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU184785U1 true RU184785U1 (ru) | 2018-11-08 |
Family
ID=64104020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018128132U RU184785U1 (ru) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Магнитопьезофибер |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU184785U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220166252A1 (en) * | 2020-11-24 | 2022-05-26 | San Diego State University (SDSU) Foundation, DBA San Diego state University Research | Low-power high-frequency directional tunable ac magnetic field |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2363074C1 (ru) * | 2008-03-11 | 2009-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Магнитоэлектрический материал для компонентов радиоэлектронных приборов |
| US7771846B2 (en) * | 2006-08-01 | 2010-08-10 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Method and Apparatus for High-Permeability Magnetostrictive/Piezo-Fiber Laminates Having Colossal, Near-Ideal Magnetoelectricity |
| RU2491684C2 (ru) * | 2011-07-26 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" | Многослойная керамическая гетероструктура с магнитоэлектрическим эффектом и способ ее получения |
| US9735341B2 (en) * | 2014-01-28 | 2017-08-15 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Single-crystal piezoelectric fiber composite and magnetoelectric laminate composite including the same |
| US20180033947A1 (en) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | Eyob Llc | Magnetoelectric macro fiber composite fabricated using low temperature transient liquid phase bonding |
-
2018
- 2018-07-31 RU RU2018128132U patent/RU184785U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7771846B2 (en) * | 2006-08-01 | 2010-08-10 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Method and Apparatus for High-Permeability Magnetostrictive/Piezo-Fiber Laminates Having Colossal, Near-Ideal Magnetoelectricity |
| RU2363074C1 (ru) * | 2008-03-11 | 2009-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Магнитоэлектрический материал для компонентов радиоэлектронных приборов |
| RU2491684C2 (ru) * | 2011-07-26 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" | Многослойная керамическая гетероструктура с магнитоэлектрическим эффектом и способ ее получения |
| US9735341B2 (en) * | 2014-01-28 | 2017-08-15 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Single-crystal piezoelectric fiber composite and magnetoelectric laminate composite including the same |
| US20180033947A1 (en) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | Eyob Llc | Magnetoelectric macro fiber composite fabricated using low temperature transient liquid phase bonding |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220166252A1 (en) * | 2020-11-24 | 2022-05-26 | San Diego State University (SDSU) Foundation, DBA San Diego state University Research | Low-power high-frequency directional tunable ac magnetic field |
| US11616393B2 (en) * | 2020-11-24 | 2023-03-28 | San Diego State University (Sdsu) Foundation | Low-power high-frequency directional tunable AC magnetic field |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Acoustic energy harvesting by piezoelectric curved beams in the cavity of a sonic crystal | |
| Swallow et al. | A piezoelectric fibre composite based energy harvesting device for potential wearable applications | |
| Dong et al. | A strong magnetoelectric voltage gain effect in magnetostrictive-piezoelectric composite | |
| Lu et al. | The PZT/Ni unimorph magnetoelectric energy harvester for wireless sensing applications | |
| Hwang et al. | Enhancement of magnetoelectric conversion achieved by optimization of interfacial adhesion layer in laminate composites | |
| Trindade et al. | Finite element homogenization technique for the characterization of d15 shear piezoelectric macro-fibre composites | |
| US20140098978A1 (en) | Sound generator and sound-generating apparatus | |
| Pondrom et al. | Energy harvesting with single-layer and stacked piezoelectret films | |
| Uchino | Piezoelectric composite materials | |
| Lu et al. | Investigation of magnetostrictive/piezoelectric multilayer composite with a giant zero-biased magnetoelectric effect | |
| Le Scornec et al. | Frequency tunable, flexible and low cost piezoelectric micro-generator for energy harvesting | |
| Park et al. | A magneto-mechano-electric generator based on lead-free single-crystal fibers for robust scavenging of ambient magnetic energy | |
| Kim et al. | Effect of thickness ratio in piezoelectric/elastic cantilever structure on the piezoelectric energy harvesting performance | |
| RU184785U1 (ru) | Магнитопьезофибер | |
| Li et al. | Wide-bandwidth high-sensitivity magnetoelectric effect of magnetostrictive/piezoelectric composites under adjustable bias voltage | |
| Chen et al. | Highly zero-biased magnetoelectric response in magnetostrictive/piezoelectric composite | |
| Naifar et al. | Response analysis of a nonlinear magnetoelectric energy harvester under harmonic excitation | |
| Yu et al. | A magneto-mechano-electric (MME) energy harvester based on rectangular cymbal structure | |
| Fang et al. | A low-frequency vibration energy harvester employing self-biased magnetoelectric composite | |
| Karpenkov et al. | Multilayered ceramic heterostructures of lead zirconate titanate and nickel-zinc ferrite for magnetoelectric sensor elements | |
| Song et al. | Performance evaluation of multi-tier energy harvesters using macro-fiber composite patches | |
| US20050057123A1 (en) | Piezoelectric vibration energy harvesting device and method | |
| Zhou et al. | Magnetoelectric energy harvester | |
| Rammohan et al. | Low frequency vibration energy harvesting using arrays of PVDF piezoelectric bimorphs | |
| Bian et al. | Magnetoelectric performances in composite of piezoelectric ceramic and ferromagnetic constant-elasticity alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190801 |